Как проверить мосфеты на материнской плате: Как проверить мосфет мультиметром не выпаивая — Moy-Instrument.Ru – Как проверить полевой транзистор не выпаивая его.
Практически в любом современном полевом транзисторе, за исключением специальных их типов, параллельно цепи сток-исток включен внутренний «защитный» диод. Наличие этого диода внутри полевика обусловлено особенностями технологии производства мощных транзисторов. Иногда он мешает, считается паразитным, однако в большинстве полевых транзисторов без него, как части цельной структуры электронного компонента, не обойтись.
Следовательно, в исправном полевом транзисторе данный диод тоже должен быть исправным. В n-канальном полевом транзисторе данный диод включен катодом к стоку, анодом — к истоку, а в p-канальном — анодом к стоку, катодом — к истоку. Включите мультиметр в режим «прозвонки» диодов. Если полевой транзистор является n-канальным, то красный щуп мультиметра приложите к его истоку (source), а черный — к стоку (drain).
Транзисторы являются одними из самых широко применяемых радиоэлементов. Несмотря на свою надёжность, они нередко выходят из строя, что связано с нарушениями режима в их работе. При этом поиск неисправного элемента в связи со спецификой устройства полевого транзистора вызывает определённые трудности.
Обычно сток находится посередине и соединен с проводящей подложкой транзистора, а истоком является правый вывод (уточните это в datasheet). В случае если внутренний диод исправен, на дисплее мультиметра отобразится прямое падение напряжения на нем – в районе 0,4-0,7 вольт. Если теперь положение щупов изменить на противоположное, то прибор покажет бесконечность. Если все так, значит внутренний диод исправен.
Порядок измерений.
Проверка цепи сток-исток
Полевой транзистор управляется электрическим полем затвора. И если емкость затвор-исток зарядить, то проводимость в направлении сток-исток увеличится. Итак, если транзистор является n-канальным, приложите черный щуп к затвору (gate), а красный — к истоку, и через секунду измените расположение щупов на противоположное — красный к затвору, а черный — к истоку. Так мы сначала наверняка разрядили затвор, а после — зарядили его. Затвор обычно слева, а исток — справа.
Теперь красный щуп переместите с затвора — на сток, а черный пусть останется на истоке. Если транзистор исправен, то как только вы переместите красный щуп с затвора на сток, мультиметр покажет что на стоке есть падение напряжения — это значит, что транзистор перешел в проводящее состояние.
Теперь красный щуп на исток, а черный — на затвор (разряжаем затвор противоположной полярностью), после чего снова красный щуп на сток, а черный — на исток. Прибор должен показать бесконечность — транзистор закрылся. Для p-канального полевого транзистора щупы просто меняются местами.
Проверка транзистора без выпаивания.
Если прибор запищит
Если на этапе проверки сток-исток прибор запищит, это может быть вполне нормальным, ведь у современных полевых транзисторов сопротивление сток-исток в открытом состоянии бывает очень маленьким. Как вариант, можно соединить затвор с истоком и в таком положении прозвонить сток-исток (для n-канального красный на сток, черный — на исток), прибор должен показать бесконечность.
Главное — чтобы не было звона затвор-исток и сток-исток, особенно в тот момент когда затвор заряжен противоположной полярностью.
Как проверить полевой транзистор
Такой транзистор можно заменить практически любым n-канальным с напряжением между стоком и истоком больше или равно 40V и током стока больше или равно 30А, например IRFZ44, 40n10, 50N06 и т.п. При ремонте аппаратов, в которых применены полевые транзисторы, часто возникает задача проверки целостности и работоспособности этих транзисторов.
Основные характеристики полевых транзисторов.
Чаще всего приходится иметь дело с вышедшими из строя мощными полевыми транзисторами импульсных блоков питания. Расположение выводов полевых транзисторов (Gate – Drain – Source) может быть различным. Часто выводы транзистора можно определить по маркировке на плате ремонтируемого аппарата (обычно выводы маркируются латинскими буквами G, D, S).
Будет интересно➡ Как проверить магнетрон на исправность мультиметром
Если такой маркировки нет, то желательно воспользоваться справочными данными. Чтобы предотвратить выход из строя транзистора во время проверки, очень важно при проверке полевых транзисторов соблюдать некоторые правила безопасности.
Полевые транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, поэтому их рекомендуется проверять, предварительно организовав заземление. Для того чтобы снять с себя накопленные статические электрические заряды, необходимо надеть на руку заземляющий антистатический браслет.
Также следует помнить, что при хранении полевых транзисторов, особенно маломощных, их выводы должны быть замкнуты между собой. При проверке чаще всего пользуются обычным омметром, у исправного полевого транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление, следует заметить, что тут могут быть некоторые исключения.
Например, если при проверке приложить положительный щуп тестового прибора к затвору (G) транзистора n-типа, а отрицательный к истоку (S), емкость затвора зарядится и транзистор откроется. И тогда при замере сопротивления между стоком (D) и истоком (S) прибор покажет некоторое значение сопротивления, которое можно ошибочно принять за неисправность транзистора.
Поэтому перед «прозвонкой» канала «сток-исток» замкните накоротко все ножки транзистора, чтобы разрядить емкость затвора. После этого сопротивление сток-исток должно стать бесконечным.
Читайте также: Запорная арматура для подключения газовых манометров и напоромеров. Основные требования и перспективы развития
Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.
В противном случае транзистор признается неисправным. В современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод, поэтому канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод. Для того чтобы избежать досадных ошибок, помните о наличии такого диода и не примите это за неисправность транзистора.
Убедиться в наличии диода достаточно просто. Нужно поменять местами щупы тестера, и он должен показать бесконечное сопротивление между стоком и истоком. Если этого не произошло, то, скорее всего, транзистор пробит. Таким образом, имея под рукой обычный омметр, можно легко и быстро проверить мощный полевой транзистор.
Для диагностики полевых транзисторов N-канального вида, вначале берем и выпаиваем транзистор, кладем его на стол лицом к себе, ноги обязательно должны быть в воздухе, ничего не касаться. Черный щуп слева на подложку (D – сток), красный на дальний от себя вывод справа (S – исток), мультиметр показывает падение напряжения на внутреннем диоде ~502 мВ, транзистор закрыт .
Далее, не снимая черного щупа, касаемся красным щупом ближнего вывода (G – затвор и опять возвращаем его на дальний (S – исток), тестер показывает 0 мВ (на некоторых цифровых мультиметрах будет показываться не 0, а ~150…170мВ): полевой транзистор открылся прикосновением.
Если сейчас черным щупом коснуться нижней (G – затвор) ножки, не отпуская красного щупа и вернуть его на подложку (D – сток), то полевой транзистор закроется, и мультиметр снова будет показывать падение напряжения около 500мВ.
Это верно для большинства N-канальных полевых транзисторов в корпусе DPAK и D²PAK. Открываем. Открыт. Закрываем. Закрыт. Транзистор выполнил всё, что от него требовалось. Диагноз – исправен. Для проверки P-канальных полевых транзисторов нужно поменять полярность напряжений открытия-закрытия.
Будет интересно➡ Как сделать мигающий светодиод?
Для этого просто меняем щупы мультиметра местами. Еще раз по-быстрому: Берем тестер на режиме проверки диодов. Кладем транзистор на стол лицом к себе, ноги в воздухе, ничего не касаются. Щупы тестера ставим так: минус в правую ногу, а плюс в левую. Это откроет транзистор. Плюс переносим на среднюю ногу.
Тестер должен показать минимальное падение напряжения (около 10-50 мВ). (В случае мультиметра – показывает около 0, что-то типа “002”) Теперь плюс на правую ногу, а минусом на левую. Это закроет транзистор. Тестер показывает бесконечность. И опять плюс на среднюю ногу, а минус на правую. Тестер показывает бесконечность. (Минус на среднюю ногу, плюс на правую – показывает что-то около 500 – это встроенный диод, защитный, присутствует в большинстве мощных мосфетов).
Типы транзисторов.
Как работает
Полевой транзистор отличается от других разновидностей особенностями своего устройства. Он может относиться к одному из двух типов:
- с управляющим переходом;
- с изолированным затвором.
Первые из них бывают n канальными и p канальными. Первые из них более распространены. Они используют следующий принцип действия. В качестве основы используется полупроводник с n-проводимостью.
К нему с противоположных сторон присоединены контакты истока и стока. В средней части с противоположных сторон имеются вкрапления проводника с p-проводимостью — они являются затвором. Та часть полупроводника, которая между ними — это канал.
Читайте также: Что такое шабер – техники шабрения и изготовление своими руками. Слесарный инструмент шабер — тонкая работа по металлу! Шабер токарный
Если к истоку и стоку n канального транзистора приложить разность потенциалов, то потечёт ток. Однако при подаче на затвор отрицательного напряжения по отношению к истоку, то ширина канала для перемещения электронов уменьшится. В результате сила тока станет меньше.
Таким образом, уменьшая или увеличивая ширину канала, можно регулировать силу тока между истоком и стоком или изолировать их друг от друга. В p-канальных транзисторах принцип работы будет аналогичным.
Этот тип полевых транзисторов становится менее распространённым, а вместо него получают всё большее распространение те, в которых используется изолированный затвор. Они могут относиться к одному из двух типов: n-p-n или p-n-p. У них принцип действия является аналогичным. Здесь будет рассмотрен более подробно первый из них: n-p-n.
В этом случае в качестве основы для транзистора применяется полупроводник p-типа. В него встраиваются две параллельно расположенные полоски полупроводника с другим типом основных носителей заряда. Между ними по поверхности прокладывается изолятор, а сверху устанавливается слой проводника. Эта часть является затвором, а полоски — это исток и сток.
Важное по теме. Как проверить конденсатор.
Когда на затвор подаётся положительное напряжение по отношению к истоку, на пластину попадает положительный заряд, создающий электрическое поле. Оно притягивает к поверхности положительные заряды, создавая канал для протекания тока между истоком и стоком.
Чем сильнее напряжение, поданное на затвор, тем более сильный ток проходит между истоком и стоком. Для всех типов полевых транзисторов управление происходит при помощи подачи напряжения на затвор.
Типы переходов электронов и дырок.
Биполярный транзистор
Наиболее распространенные транзисторы. Используются в основном в схемах усиления или генерации сигнала: в усилителях, генераторах, модуляторах, инверторах и т. д. Бывают двух типов: p-n-p и n-p-n. Не углубляясь в структуру полупроводникового прибора, достаточно будет сказать, что каждый p-n переход представляет собой диод. Строго говоря, это не совсем так, но для проверки работоспособности такое представление вполне допустимо. Таким образом, последовательность p-n-p представима в виде двух диодов, соединенных катодами, а n-p-n – двух диодов, соединенных анодами. Чтобы проверить, работоспособность такого элемента, нужно мультиметром замерить сопротивление переходов. Определение работоспособности p-n-p полупроводника:
- Берется мультиметр. Черный провод (обозначим его как Ч) помещается в гнездо COM (минус).
- Красный (К) – в гнездо VΩmA (плюс).
- Тестер выставляется на замер электрического сопротивления. Предельное значение выбирается 2 кОм. Это означает, что мультиметр может корректно измерять сопротивление от 0 до 2000 Ом. При превышении данного порога, на экране прибора загорится «1».
Похожее: Классы электроинструмента по электробезопасности
Если изначально нет информации относительно расположения базы, коллектора, эмиттера, это нетрудно определить. Измерительный прибор устанавливается в состояние п. 1 и п. 2 вышеприведенной схемы. К (плюс) помещается на правый вывод полупроводника. Ч (минус) поочередно замыкается на средний и левый выводы. Если в обоих случаях тестер покажет «1», то данный контакт и есть база. В противном случае аналогичным образом тестируем оставшиеся контакты.
Остается найти эмиттер и коллектор. Для этого необходимо просто замерить сопротивление коллекторных и эмиттерных переходов. Ч помещается на базу. К поочередно замыкается на оставшиеся выводы. Полученные значения должны лежать в диапазоне от 500–1200 Ом. При этом большее значение будет относиться к коллекторному переходу, а меньшее, соответственно к эмиттерному.
Какие случаются неисправности
Полевые транзисторы могут быть перегружены током во время проведения проверки и, в результате перегрева прийти в неисправное состояние. Они уязвимы к статическому напряжению. В процессе проведения работы нужно обеспечить, чтобы оно не попадало на проверяемую деталь.
При работе в составе схемы может произойти пробой, в результате которого полевой транзистор становится неисправным и подлежит замене. Его можно обнаружить по низкому сопротивлению p-n-переходов в обоих направлениях. Определить то, насколько транзистор является работоспособным можно, если прозвонить его с помощью цифрового мультиметра.
Это нужно делать следующим образом (для примера используется широко распространённая модель М-831, рассматривается полевой транзистор с каналом n-типа):
- Мультиметр нужно переключить в режим диодной проверки. Он отмечен на панели схематическим изображением диода.
- К прибору присоединены два щупа: чёрный и красный. На лицевой панели имеются три гнезда. Чёрный устанавливают в нижнее, красный — в среднее. Первый из них соответствует отрицательному полюсу, второй — положительному.
- Нужно на тестируемом полевом транзисторе определить, какие выходы соответствуют истоку, затвору и стоку.
- В некоторых моделях дополнительно предусмотрен внутренний диод, защищающий деталь от перегрузки. Сначала нужно проверить то, как он работает. Для этого красный провод присоединяют к истоку, а чёрный — к стоку. На индикаторе должно появиться значение, входящее в промежуток 0,5-0,7. Если провода поменять местами, то на экране будет указана единица, что означает, что ток в этом направлении не проходит.
- Дальше осуществляется проверка работоспособности транзистора.
Будет интересно➡ Способы проверки транзисторов на работоспособность
Если присоединить щупы к истоку и стоку, то ток не будет проходить по ним. Чтобы открыть затвор. Необходимо подать положительное напряжение на затвор. Нужно учитывать, что на красный щуп подан от мультиметра положительный потенциал. Теперь достаточно его соединить с затвором, а чёрный со стоком или истоком, для того, чтобы транзистор стал пропускать ток.
Мультиметр.
Теперь, если красный провод подключить к истоку, а чёрный — к стоку, то мультиметр покажет определённую величину падения напряжения, например, 60. Если подключить наоборот, то показатель будет примерно таким же. Если на затвор подать отрицательный потенциал, то это закроет транзистор в обоих направлениях, однако будет работать встроенный диод.
Если полевик закрыт не будет, то это указывает на его неисправность. Проверка мофсета с p-каналом выполняется аналогичным образом. Отличие состоит в том, что при проверке там, где раньше использовался красный щуп, теперь используется чёрный и наоборот.
Особенности работы MOSFET
Отличие полевого транзистора от классического биполярного состоит в том, что его работа зависит от приложенного напряжения, а не тока. В литературе часто такой радиоэлемент называют МОП-транзистор (метал-оксид-полупроводник) или МДП-транзистор (метал-диэлектрик-полупроводник). В английском варианте его название звучит как мосфет, образованное от MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).
Полевые транзисторы являются активными элементами, то есть их работа невозможна без приложения к выводам напряжения. Впервые идея создания прибора, поток носителей заряда в котором управляется величиной приложенного напряжения, была предложена австро-венгерским учёным Юлием Лилиенфельдом. Однако отсутствие технологий создания такого устройства позволило выпустить прототип лишь в 1960 году. С 1977 году мосфеты начали применять при производстве электронно-вычислительных машин, тем самым увеличивая производительность последних.
Различные учёные мира постоянно ведут исследования по улучшению работы электронного прибора, поэтому на сегодняшний день изобретено и внедрено в производство несколько видов полевых транзисторов. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками, но общий принцип работы у них одинаков.
Виды и конструкция
Разделяют мосфеты на две группы. В зависимости от вида управляющего электрода они могут быть: с p-n переходом и изолированным затвором. В последнее время первого вида элементы начинают использовать всё реже. Транзисторы с управляющим p-n переходом конструктивно представляют собой полупроводниковое основание, основными носителями заряда которого могут быть как дырки (p-тип) так и электроны (n-тип).
На концах основания выполняются выводы, называемые сток и исток. К этим контактам подключается управляемая часть схемы. Управление же прибором происходит через третий вывод транзистора (затвор), образованный путём соединения с основанием проводника обратной проводимости. Таким образом, p-n транзистор имеет три вывода:
- Исток — вход, через который поступают основные носители энергии.
- Сток — выход устройства, через который уходят основные носители энергии.
- Затвор — вывод управляющий прохождением зарядов через прибор.
В зависимости от типа проводимости управляющего электрода такие мосфеты делятся на n и p типа.
Радиоэлемент с изолированным затвором устроен иначе. Его затвор отделён от основания слоем диэлектрика. При изготовлении прибора используется полупроводник, обладающий высоким удельным сопротивлением. Его называют подложкой или затвором. На нём создаются две зоны с обратным типом проводимости — сток и исток. Таким образом, получается три области. Расстояние между управляемыми электродами очень мало, а отделяемый от них затвор покрывается слоем диэлектрика порядка 0,1 микрометра. Обычно в качестве диэлектрика используется соединение SiO2.
В зависимости от способа изготовления устройства с изолированным контактом разделяют на два типа: обеднённые и обогащённые. Первые выпускаются только n-типа и могут иметь два затвора, а вторые бывают как n, так и p-типа.
Обогащённого типа устройства называются транзисторами с индуцированным каналом. В них управляемые контакты не связаны проводящим слоем. Поэтому ток на стоке появляется только при приложении определённой разности потенциалов к затвору относительно истока. Обеднённые транзисторы в своей конструкции содержат встроенный канал, из-за чего транзистор реагирует на напряжение как положительной, так и отрицательной полярности.
Характеристики радиоэлемента
На схемах и в литературе принято обозначать мосфет латинскими буквами VT, после которых идёт его порядковый номер в схеме. Графически полевой элемент изображается кругом, в середине которого рисуются прямые линии, обозначающие путь прохождения тока. На выводе затвора указывается в виде стрелки тип проводимости. Затвор, сток и исток подписываются соответственно буквами латинского алфавита — S, D, G.
Полевые устройства характеризуются множеством параметров. Но среди основных выделяют следующие характеристики:
- Напряжение между управляемыми электродами. Показывает величину напряжения, которое может выдержать транзистор без ухудшения своих параметров. То есть практически это максимальное напряжение источника питания, на работу с которым рассчитан транзистор.
- Сила тока стока. Обычно указывается максимальное значение для определённой величины постоянного напряжения, приложенного к затвору — истоку.
- Импеданс канала сток-исток в открытом состоянии. Чем это значение будет больше, тем хуже работает транзистор, так как на сопротивлении возникают потери энергии, и увеличивается нагрев мосфета.
- Мощность рассеивания. Зависит от температуры окружающей среды. Этот параметр изображается в виде характеристики, показывающей зависимость мощности от температуры.
- Уровень насыщения канала исток-затвор. Обозначает граничную величину разности потенциалов, при преодолении которой ток через канал не проходит.
- Порог включения. Это минимальное напряжение, которое необходимо приложить к транзистору для открытия его проводящего канала.
- Ёмкость затвора. Существенный недостаток полевых транзисторов связан именно с этим параметром. Так, из-за паразитной ёмкости ограничивается применение устройств в высокочастотных цепях, снижая скорость переключения режимов работы.
Важно также знать, что мосфеты чувствительны к статическому электричеству, особенно это касается приборов с изолированным затвором. Поэтому проводя проверку полевого транзистора мультиметром, следует надеть на обе руки антистатические браслеты, при этом также не стоит надевать на себя шерстяную одежду.
Принцип работы
Суть работы радиоэлемента с изолированным затвором заключается в управлении величиной тока, проходящего через него, с помощью изменения разности потенциалов. Когда к истоку и затвору прикладывается напряжение, то в приборе образуется электрическое поле поперечное приложенному. Это поле увеличивает число свободных носителей заряда в приповерхностном слое.
Из-за этого возле диэлектрика начинает скапливаться значительное количество носителей заряда, в результате чего формируется зона проводимости. Через эту область начинает протекать ток, то есть между управляемыми выводами. При снятии напряжения с открытого затвора проводимость исчезнет, и течение тока прекратится.
Немного другие процессы происходят в работе полевого транзистора с p-n переходом. Если на этот переход подаётся напряжение обратное основным носителям заряда, его область начинает расширяться. Увеличение перехода приводит к сужению толщины проводящего канала, а значит, увеличению сопротивления. В результате проходящий между стоком и истоком ток уменьшается. Таким образом, изменяя уровень напряжения, изменяется и сила тока, проходящая через транзистор.
Инструкция по прозвонке без выпаивания
Чтобы проверить, исправен ли полевой транзистор, нужно его выпаять и прозвонить с мультиметром. Однако могут возникать ситуации, когда нужно в схеме есть несколько таких деталей и неизвестно, какие из них исправны, а какие — нет. В этом случае полезно знать, как проверить полевой транзистор мультиметром не выпаивая. В этом случае применяют проверку без выпаивания. Она даёт примерный результат.
После того, как будет определён предположительно неисправный элемент, его отсоединяют и проверяют, получив точную информацию о его работоспособности. Если он функционирует нормально, его устанавливают на прежнее место.
Проверка без выпаивания выполняется следующим образом:
- Перед проведением прозвонки полевого транзистора цифровым мультиметром устройство отключают от электрической розетки или от аккумуляторов. Последние вынимают из устройства.
- Если красный щуп соединить с истоком, а чёрный — со стоком, то можно рассчитывать, что мультиметр покажет 500 мв. Если на индикаторе можно увидеть эту или превышающую её цифру, то это говорит о том, что транзистор полностью фунукционален.
- В том случае, если эта величина гораздо меньше — 50 или даже 5 мв, то в этом случае можно с высокой вероятностью предположить неисправность.
- Если красный мультиметровый щуп переставить на затвор, а чёрный оставить на прежнем месте, то на индикаторе можно будет увидеть 1000 мв или больше, что говорит об исправности полевого транзистора. Когда разница составляет 50 мв, то это внушает опасение, что деталь испорчена.
- Если чёрный щуп тестера поставить на исток, а красный поместить на затвор, то для работоспособного транзистора можно ожидать на дисплее 100 мв или больше. В тех случаях, когда цифра будет меньше 50 мв, имеется высокая вероятность того, что проверяемая деталь неработоспособна.
Нужно учитывать, что выводы, получаемые без выпайки, носят вероятностный характер. Эти данные позволяют получить предварительные выводы об используемых в схеме полевых транзисторах. Для проверки их нужно выпаять, произвести проверку и установить, если работоспособность подтверждена.
Проверка элемента без выпаивания его из схемы
Часто возникает вопрос, как проверить smd транзистор мультиметром. SMD – это аббревиатура от английского Surface Mounted Device (устройство, монтируемое на поверхность). Такие полупроводники не вставляются в отверстия плат. Их просто напаивают сверху на контактные дорожки. В современных платах плотность таких дорожек невероятно велика. Более того, часто они располагаются в несколько слоев. Поэтому если какая-то из дорожек располагается в середине такого «пирога», то ее может быть просто не видно.
Становится понятно, что поскольку демонтаж и обратный монтаж smd компонентов на контактные дорожки печатных плат зачастую сопряжен со значительными сложностями, то лучше всего было бы осуществить проверку функциональности элемента, не выпаивая его. К сожалению, такое подход возможен только для биполярных транзисторов. Однако даже при положительных итогах проверки нельзя быть полностью уверенным в результате. В большинстве же случаев только лишь демонтаж элемента с печатной планы позволяет гарантированно проверить его работоспособность.
Правила безопасной работы
Мосфеты очень уязвимы по отношению к статическому электричеству. В этом случае может произойти пробой. Для того, чтобы этого не случилось, нужно при помощи проведения тестирования его удалять. При пайке возможна ситуация, когда тепло, попадающее на транзистор, приведёт к его порче.
В этом случае нужно обеспечить теплоотвод. Для этого достаточно придерживать выводы транзистора плоскогубцами в процессе пайки. Полевики имеют широкое распространение в современных электронных приборах.
Проверка мультиметром
Перед началом проверки на исправность полевого транзистора мультиметром, рекомендуется принять определенные меры безопасности, с целью предотвращения выхода транзистора из строя. Полевые транзисторы обладают высокой чувствительностью к статическому электричеству, поэтому перед их проверкой необходимо организовать заземление. Для снятия с себя накопленных статических зарядов, следует воспользоваться антистатическим заземляющим браслетом, надеваемым на руку. В случае отсутствия такого браслета можно просто коснуться рукой батареи отопления или других заземленных предметов.
Как проверить полевой МОП (Mosfet) — транзистор цифровым мультиметром
В этой статье я расскажу вам, как проверить полевой транзистор с изолированным затвором, то есть МОП-транзистор. Это вторая часть статьи по проверки полевых транзисторов. В первой части я рассказывал, как проверить транзистор с управляющим p-n переходом.
Да, полевые транзисторы с управляющим p-n переходом уходят в прошлое, а сейчас в современных схемах применяются более совершенные полевые транзисторы с изолированным затвором. Тогда предлагаю научиться их проверять.
Но для того, что бы понять, как проверить полевой транзистор, давайте я вам в двух словах расскажу, как он устроен.
Полевой транзистор с изолированным затвором мы знаем под более привычным названием МОП -транзистор (метал -окисел-полупроводник), МДП -транзистор(метал -диэлектрик-полупроводник), либо в английском варианте MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)
Эти аббревиатуры вытекают из структуры построения транзистора. А именно.
Структура полевого MOSFET транзистора.
Для создания МОП-транзистора берется подложка, выполненная из p-полупроводника, где основными носителями заряда являются положительные заряды, так называемые дырки. На рисунке вы видите, что вокруг ядра атома кремния вращаются электроны, обозначенные белыми шариками.
Когда электрон покидает атом, в этом месте образуется «дырка» и атом приобретает положительный заряд, то есть становиться положительным ионом. Дырки на модели обозначены, как зеленые шарики.
На p-подложке создаются две высоколегированные n-области, то есть области с большим количеством свободных электронов. На рисунке эти свободные электроны обозначены красными шариками.
Свободные электроны свободно перемещаются по n-области. Именно они впоследствии и будут участвовать в создании тока через МДП-тназистор.
Пространство между двумя n-областями, называемое каналом покрывается диэлектриком, обычно это диоксид кремния.
Над диэлектрическим слоем располагают металлический слой. N-области и металлический слой соединяют с выводами будущего транзистора.
Выводы транзистора называются исток, затвор и сток.
Ток в МОП-транзисторе течет от истока через канал к стоку. Для управления этим током служит изолированный затвор.
Однако если подключить напряжение между истоком и стоком, при отсутствии напряжения на затворе ток через транзистор не потечет, потому что на его пути будет барьер из p-полупроводника.
Если подать на затвор положительное напряжение, относительно истока, то возникающее электрическое поле будет к области под затвором притягивать электроны и выталкивать дырки.
По достижению определенной концентрации электронов под затвором, между истоком и стоком создается тонкий n-канал, по которому потечет ток от истока к стоку.
Следует сказать, что ток через транзистор можно увеличить, если подать больший потенциал напряжения на затвор. При этом канал становиться шире, что приводит к увеличению тока между истоком и стоком.
МДП-транзистор с каналом p-типа имеет аналогичную структуру, однако подложка в таком транзисторе выполнена из полупроводника n-типа, а области истока и стока из высоколегированного полупроводника p-типа.
В таком полевом транзисторе основными носителями заряда являются положительные ионы (дырки). Для того, что бы открыть канал в полевом транзисторе с каналом p-типа необходимо на затвор подать отрицательный потенциал.
Проверка полевого MOSFET транзистора цифровым мультиметром
Для примера возьмем полевой МОП-транзистор с каналом n-типа IRF 640. Условно-графическое обозначение такого транзистора и его цоколевку вы видите на следующем рисунке.
Перед началом проверки транзистора замкните все его выводы между собой, что бы снять возможный заряд с транзистора.
Проверка встроенного диода
Для начал следует подготовить мультимер и перевести его в режим проверки диодов. Для этого переключатель режимов/пределов установите в положение с изображением диода.
В этом режиме мультиметр при подключении диода в прямом направлении (плюс прибора на анод, минус прибора на катод) показывает падение напряжения на p-n переходе диода. При включении диода в обратном направлении мультиметр показывает «1».
Итак, подключаем щупы мультиметра, как было сказано выше, в прямом включении диода. Таким образом, красный шум (+) подключаем на исток, а черный (-) на сток.
Мультиметр должен показать падение напряжение на переходе порядка 0,5-0,7.
Меняем полярность подключения встроенного диода, при этом мультиметр, при исправности диода покажет «1».
Проверка работы полевого МОП транзистора
Проверяемый нами МОП-транзистор имеет канал n-типа, поэтому, что бы канал стал электропроводен необходимо на затвор транзистора относительно истока либо стока подать положительный потенциал. При этом электроны из подложки переместятся в канал, а дырки будут вытолкнуты из канала. В результате канал между истоком и стоком станет электропроводен и через транзистор потечет ток.
Для открытия транзистора будет достаточно напряжения на щупах мультиметра в режиме прозвонки диодов.
Поэтому черный (отрицательный) щуп мультиметра подключаем на исток (или сток), а красным касаемся затвора.
Если транзистор исправен, то канал исток-сток станет электропроводным, то есть транзистор откроется.
Теперь если прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет какое-то значение падение напряжения на канале, в виду того, что через транзистор потечет ток.
Таким образом черный щуп транзистора ставим на исток, а красный на сток и мультиметр покажет падение напряжение на канале.
Если поменять полярность щупов, то показания мультиметра будут примерно одинаковыми.
Что бы закрыть транзистор достаточно относительно истока на затвор подать отрицательный потенциал.
Следовательно, подключаем положительный (красный) щуп мультиметра на исток, а черным касаемся затвор.
При этом исправный транзистор закроется. И если после этого прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет лишь падение напряжения на встроенном диоде.
Если транзистор управляется напряжением с мультиметра (то есть открывается и закрывается), значит можно сделать вывод, что транзистор исправен.
Проверка полевого МОП – транзистора с каналом p-типа осуществляется подобным образом. За тем исключением, что во всех пунктах проверки полярность подключения щупов меняется на противоположную.
Более подробно и просто всю методику проверки полевого транзистора я изложил в следующем видеоуроке:
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Как прозванивать мосфеты на материнской плате
Как показывает опыт, новички, сталкивающиеся с проверкой элементной базы подручными средствами, без каких-либо проблем справляются с проверкой диодов и биполярных транзисторов, но затрудняются при необходимости проверить столь распространенные сейчас MOSFET-транзисторы (разновидность полевых транзисторов). Я надеюсь, что данный материал поможет освоить этот нехитрый способ проверки полевых транзисторов.
Очень кратко о полевых транзисторах
На данный момент понаделано очень много всяких полевых транзисторов. На рисунке показаны графические обозначения некоторых разновидностей полевых транзисторов.
G-затвор, S-исток, D-сток. Сравнивая полевой транзистор с биполярным, можно сказать, что затвор соответствует базе, исток – эмиттеру, сток полевого транзистора – коллектору биполярного транзистора.
Наиболее распространены n-канальные MOSFET – они используются в цепях питания материнских млат, видеокарт и т.п. У MOSFET имеется встроенный диод:
MOSFET n-канальный (слева) и p-канальный (справа).
Транзисторы лучше рисовать с диодом — чтобы потом было проще в схеме ориентироваться. Этот диод является паразитным и от него не удается избавиться на этапе изготовления транзистора. Вообще при изготовлении MOSFET возникает паразитный биполярный транзистор, а диод – один из его переходов. Правда нужно признать, что по схемотехнике этот диод все равно частенько приходится ставить, поэтому производители транзисторов этот диод шунтируют диодом с лучшими показателями как по быстродействию, так и по падению напряжения. В низковольтные MOSFET обычно встраивают диоды Шоттки. А вообще в идеале этого диода не должно было бы быть.
Типовое включение полевого (MOSFET) транзистора:
MOSFET типовое включение
У подавляющего большинства полевых транзисторов нельзя на затвор (G) подавать напряжение больше 20В относительно истока (S), а некоторые образцы могут убиться при напряжении выше пяти вольт!
Проверка полевых транзисторов (MOSFET)
И вот, иногда наступает момент, когда необходимо полевой транзистор проверить, прозвонить или определить его цоколевку. Сразу оговоримся, что проверить таким образом можно «logic-level» полевые транзисторы, которые можно встретить в цепях питания на материнских платах и видеокартах. «logic-level» в данном случае означает, что речь идет о приборах, которые управляются, т.е. способны полностью открывать переход D-S, при приложении к затвору относительно небольшого, до 5 вольт, напряжения. На самом деле очень многие MOSFET способны открыться, пусть даже и не полностью, напряжением на затворе до 5В.
В качестве примера возьмем N-канальный MOSFET IRF1010N для его проверки (прозвонки). Известно, что у него такая цоколевка: 1 – затвор (G), 2 – сток (D), 3 – исток (S). Выводы считаются как показано на рисунке ниже.
Распиновка корпуса TO-220
1. Мультиметр выставляем в режим проверки диодов, этот режим очень часто совмещен с прозвонкой. У цифрового мультиметра красный щуп «+», а черный «–», проверить это можно другим мультиметром.
На любом уважающем себя мультиметре есть такая штуковина
Прозвонка диодов, да и вообще полупроводниковых переходов на мультиметре.
2. Щуп «+» на вывод 3, щуп «–» на вывод 2. Получаем на дисплее мультиметра значения 400…700 – это падение напряжения на внутреннем диоде.
3. Щуп «+» на вывод 2, щуп «–» на вывод 3. Получаем на дисплее мультиметра бесконечность. У мультиметров обычно обозначается как 1 в самом старшем разряде. У мультиметров подороже, с индикацией не 1999 а 4000 будет показано значение примерно 2,800 (2,8 вольта).
4. Теперь удерживая щуп «–» на выводе 3 коснуться щупом «+» вывода 1, потом вывода 2. Видим, что теперь щупы стоят так же, как и в п.3, но теперь мультиметр показывает 0…800мВ – у MOSFET открыт канал D-S. Если продолжать удерживать щупы достаточно долго, то станет заметно, что падение напряжения D-S увеличивается, что означает, что канал постепенно закрывается.
5. Удерживая щуп «+» на выводе 2, щупом «–» коснуться вывода 1, затем вернуть его на вывод 3. Как видим, канал опять закрылся и мультиметр показывает бесконечность.
Поясним, что же происходит. С прозвонкой внутреннего диода все понятно. Непонятно почему канал остается либо закрытым, либо открытым? На самом деле все просто. Дело в том, что у мощных MOSFET емкость между затвором и истоком достаточно большая, например у взятого мной транзистора IRF1010N измеренная емкость S-G составляла 3700пФ (3,7нФ). При этом сопротивление S-G составляет сотни ГОм (гигаом) и более. Не забыли – полевые транзисторы управляются электрическим полем, а не током в отличие от биболярных. Поэтому в п.4 касаясь “+” затвора (G) мы его заряжаем относительно истока (S) как обычный конденсатор и управляющее напряжение на затворе может держаться еще достаточно долго.
Если хвататься за выводы транзистора руками, особенно жирными и влажными, емкость транзистора будет разряжаться значительно быстрее, т.к. сопротивление будет определяться не диэлектриком у затвора транзистора, а поверхностным сопротивлением. Не смытый флюс также сильно снижает сопротивление. Поэтому рекомендую помыть транзистор, перед проверкой, например, в спирто-бензиновой смеси.
P.S. Спирто-бензиновая смесь при испарении может генерировать статическое электричество, которое, как известно, негативно действует на полевые транзисторы.
Небольшие пояснения о мультиметрах
1. У цифровых мультиметров режим проверки диодов проводится измерением падения напряжения на щупах, при этом по щупам прибор пропускает стабильный ток 1мА. Именно поэтому в данном режиме прибор показывает не сопротивление, а падение напряжения. Для германиевых диодов оно равно 0,3…0,4В, для кремниевых 0,6…0,8В. Но что бы там не измерялось напряжение на щупах прибора редко превышает 3В – это ограничение накладывается схемотехникой мультиметров.
2. В п.4 при измерении падения напряжения открытого канала величина, отображаемая мультиметром может сильно меняться от различных факторов: напряжения на щупах, температуры, тока стабилизации, характеристик самого полевого транзистора.
Тренировка =)
Теперь можно потренироваться в определении цоколевки мощного транзистора. Перед нами транзистор IRF5210 и его цоколевка мне неизвестна.
1. Начну с поиска диода. Попробую все варианты подключения к мультиметру. После каждого измерения корочу ножки транзистора фольгой чтобы обеспечить разряд емкостей транзистора. Возможные варианты показаны в таблице:
Т.е. диод находится между выводами 2 и 3, соответственно затвор (G) находится на выводе 1.
2. Осталось определить, где находятся сток (D) и исток (S) и полярность (n-канал или p-канал) полевого транзистора.
2.1. Если это n-канальный транзистор, то сток (D) – 3 вывод, исток (S) – 2 вывод. Проверяем. Прикладываем «–» щуп мультиметра к выводу 2, «+» к выводу 3 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «–» от вывода 2 щупом «+» касаемся вывода 1, затем «+» опять прикладываем к выводу 3. Канал не открылся – значит, наше предположение о том, что IRF5210 n-канальный транзистор оказалось неверным.
2.2. Если это p-канальный транзистор, то сток (D) – 2 вывод, исток (S) – 3. Проверяем. Прикладываем «+» щуп мультиметра к выводу 3, «–» к выводу 2 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «+» от вывода 3 щупом «–» касаемся вывода 1, затем «–» опять прикладываем к выводу 2. Канал открылся – значит, что IRF5210 p-канальный транзистор, вывод 1 – затвор, вывод 2 – сток, вывод 3 – исток.
На самом деле все не так сложно. Буквально пол часа тренировки – и вы сможете без каких-либо проблем проверять MOSFETы и определять их цоколевку!
Источник https://seventools.ru/faq/proverka-mosfeta.html
Источник http://www.sxemotehnika.ru/zhurnal/kak-proverit-polevoi-mop-mosfet-tranzistor-tcifrovym-multimetrom.html
Источник https://pro-diod.ru/article/mosfet-proverka-i-prozvonka.html